上海微系統(tǒng)所實現(xiàn)實用化超導單光子探測器性能重要突破

　　超導納米線單光子探測器（SNSPD）是本世紀初出現(xiàn)的一種新型的單光子探測技術，其探測效率、暗計數(shù)、時間抖動等性能指標明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的半導體單光子探測器，受到國內(nèi)外學術界的廣泛關注，并已經(jīng)廣泛應用于量子通信、量子計算等領域，并有力推動了量子信息技術的發(fā)展。

　　在光纖通信1550納米工作波長，美國國家標準與技術研究所Marsili等人采用極低溫超導材料WSi制備的SNSPD，實現(xiàn)了最高探測效率達93%。然而，WSi-SNSPD通常工作在1K以下工作溫度，必須采用昂貴復雜的深低溫制冷機（比如稀釋制冷機等），這極大限制了這類高性能單光子探測器的應用。

　　國內(nèi)外眾多研究人員在努力采用更高超導轉(zhuǎn)變溫度的NbN材料研制SNSPD，以期在2K以上工作溫度實現(xiàn)高探測效率，采用小型化用戶友好的閉合循環(huán)制冷機就可以工作，從而大大降低使用成本。經(jīng)過10多年的努力，NbN-SNSPD探測效率最高只達到80%左右，和WSi-SNSPD探測效率有明顯差距。要想達到90%以上的探測效率，需要同時對多個不同的參數(shù)，如光耦合效率、光吸收效率、本征探測效率等進行優(yōu)化，到目前為止尚未有成功報道。

　　中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（中科院超導電子學卓越創(chuàng)新中心）研究員尤立星團隊開展超導單光子探測研究近10年，在探測器研制和應用方面取得了多項國際領先成果，受到了國內(nèi)外廣泛關注。與中國科學技術大學潘建偉團隊合作，曾多次創(chuàng)造量子信息領域?qū)嶒灥氖澜缂o錄，并保持了目前光纖量子通信404公里世界紀錄。

　　該團隊的最新成果揭示，基于小型閉合循環(huán)制冷機，2.1K工作溫度下，NbN-SNSPD系統(tǒng)探測效率（1550 nm工作波長）可以超過90%。隨著溫度降低到1.8K，探測效率可以進一步提升到92%。SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 2017年第12期以封面文章形式報道了這一發(fā)現(xiàn)。日本情報通信研究機構SNSPD研究著名學者Shigehito Miki在雜志同期以Quest towards ultimate performance in superconducting nanowire single photon detectors為題進行了評述。論文第一作者為助理研究員張偉君，通信作者為尤立星。

　　論文發(fā)表后受到了廣泛關注，眾多國外科技媒體報道或轉(zhuǎn)載該成果。本文工作獲得了國家重點研發(fā)計劃項目“高性能單光子探測技術”、中科院B類戰(zhàn)略性先導科技專項“超導電子器件應用基礎研究”、國家自然科學基金以及上海市科委等的資助。